CN105040103A - 一种优质碳化硅晶体生长装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种优质碳化硅单晶生长装置，包括石英管、晶体生长室、旋转托盘和感应线圈，石英管内部设有晶体生长室和旋转托盘，旋转托盘包括水平板与竖直杆，竖直杆与水平板中心连接，形成一种“T”型结构，晶体生长室置于水平板上，晶体生长室与竖直杆同轴设置，竖直杆外部设有真空密封传动装置和旋转马达，晶体生长室包括坩埚盖和坩埚体，晶体生长室外部设有感应线圈，感应线圈呈螺旋状缠绕在石英管外壁上，感应线圈与石英管外壁呈一定倾斜角度θ；通过旋转托盘带动晶体生长室的绕中心轴匀速旋转，抵消感应线圈的非轴对称对晶体生长造成的负面影响，以减少晶体生长位错，提高晶体生长质量。

Description

一种优质碳化硅晶体生长装置

技术领域

本发明属于晶体生长技术领域，具体涉及一种基于物理气相运输技术的优质碳化硅单晶生长装置。

背景技术

碳化硅半导体是一种化合物半导体，也是继第一代元素半导体材料（硅）和第二代化合物半导体材料（砷化镓，磷化镓，磷化铟等）之后发展起来的第三代宽带隙半导体材料的代表。与前两代半导体材料相比，碳化硅具有宽带隙、高热导率、高临界击穿电场、高载流子饱和漂移速度以及极好的化学稳定性等特点，因此非常适合用于高温、大功率电子器件领域。

碳化硅晶体的合成技术至今已经有100多年的历史。目前普遍采用的物理气相沉积法（也叫升华法或改进的Lely法）是由前苏联科学家Tairov和Tsvetkov于1978年在Lely法的基础上进行了改进，采用籽晶来控制晶体生长的构型，解决的Lely法自发成核生长的问题，可得到单一构型的碳化硅单晶。目前物理气相沉积法已被证实是能够生长大尺寸碳化硅单晶最有效的标准方法。

物理气相沉积法一般采用中频感应加热方式，碳化硅晶体生长室由石墨坩埚盖和石墨坩埚体组成。坩埚盖的作用是放置籽晶，坩埚体的作用是放置粉料，然而现有技术中由于感应线圈的不完全轴对称导致石墨坩埚产生的晶体生长温场不完全轴对称，从而产生不对称晶体生长，造成晶格的基底面位错和穿透刃位错，最终影响晶体生长质量，这种生长过程中所产生的巨大数量的位错和缺陷，致使碳化硅晶体的质量一直以来都低于其他传统半导体材料。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中的问题，提供一种优质碳化硅单晶生长装置，有效的解决温场不均匀对称对晶体质量的影响，减少晶体生长过程中基底面位错和穿透刃位错的产生，大大提高晶体的质量。

本发明是通过如下的技术方案予以实现的：

一种优质碳化硅单晶生长装置，包括石英管、晶体生长室、旋转托盘和感应线圈，所述石英管内部设有晶体生长室和旋转托盘，所述旋转托盘包括水平板与竖直杆，所述的竖直杆与水平板中心连接，形成一种“T”型结构，所述晶体生长室置于旋转托盘的水平板上，所述晶体生长室与旋转托盘的竖直杆同轴设置，所述的竖直杆外部自上而下依次设有真空密封传动装置和旋转马达，所述的晶体生长室包括坩埚盖和坩埚体，所述坩埚盖与坩埚体配合使用，所述晶体生长室外部设有感应线圈，所述的感应线圈呈螺旋状缠绕在石英管外壁上，所述感应线圈与石英管外壁呈一定倾斜角度θ，所述θ为70~85°。

上述一种优质碳化硅单晶生长装置，其中，所述坩埚盖和坩埚体均为石墨材质。

本发明的有益效果为：

碳化硅晶体的异晶型有200余种，不同晶型之间的转化能量只有3电子伏特左右，能量相差很小，实际的晶体生长过程中微弱的温场不轴对称都会对晶型的稳定性产生影响，同时温场的非轴对称也会对晶体生长过程中的基底面位错和穿透刃位错的产生有重大的影响。

本发明通过将晶体生长室，即坩埚盖和坩埚体放置在以籽晶和粉料为中轴的旋转托盘上，在晶体生长过程中旋转马达以每分钟10~300转的速度，按同一方向匀速旋转，通过真空密封传动装置控制旋转托盘带动晶体生长室绕中心轴匀速旋转，使石墨坩埚组成的碳化硅晶体生长室处在均匀的轴对称的温场中，有效的解决了现有技术中感应线圈造成晶体生长室的温场不均匀对称对晶体质量的影响，有效的减少晶体生长过程中基底面位错和穿透刃位错的产生，大大提高了晶体的质量，使晶体内位错数量可减少高达一个数量级。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

一种优质碳化硅单晶生长装置，包括石英管4、晶体生长室8、旋转托盘3和感应线圈5，所述石英管4内部设有晶体生长室8和旋转托盘3，所述旋转托盘3包括水平板2与竖直杆1，所述竖直杆1与水平板2中心连接，形成一种“T”型结构，所述晶体生长室8置于旋转托盘3的水平板2上，所述晶体生长室8与旋转托盘3的竖直杆1同轴设置，所述的竖直杆1外部自上而下依次设有真空密封传动装置13和旋转马达12，所述的晶体生长室8包括坩埚盖7和坩埚体6，所述坩埚盖7和坩埚体6均为石墨材质，所述坩埚盖7与坩埚体6配合使用，所述晶体生长室8外部设有感应线圈5，所述感应线圈5呈螺旋状缠绕在石英管4外壁上，所述感应线圈5与石英管4外壁呈一定倾斜角度θ，所述θ为70~85°。

籽晶9以竖直杆1的中心轴11为对称轴对称放置在坩埚盖7上，粉料10以竖直杆1的中心轴11为对称轴对称放置在坩埚体6内，在晶体生长过程中，旋转马达12以每分钟10~300转的速度，按同一方向匀速旋转，通过真空密封传动装置13控制旋转托盘3带动晶体生长室8绕中心轴11匀速旋转，有效的解决了温场不均匀对称对晶体质量的影响，有效的减少了晶体生长过程中基底面位错和穿透刃位错的产生，大大提高了晶体的质量，使晶体内位错数量可减少高达一个数量级。

上述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种优质碳化硅单晶生长装置，其特征为，包括石英管、晶体生长室、旋转托盘和感应线圈，所述石英管内部设有晶体生长室和旋转托盘，所述旋转托盘包括水平板与竖直杆，所述的竖直杆与水平板中心连接，形成一种“T”型结构，所述晶体生长室置于旋转托盘的水平板上，所述晶体生长室与旋转托盘的竖直杆同轴设置，所述的竖直杆外部自上而下依次设有真空密封传动装置和旋转马达，所述的晶体生长室包括坩埚盖和坩埚体，所述坩埚盖与坩埚体配合使用，所述晶体生长室外部设有感应线圈，所述的感应线圈呈螺旋状缠绕在石英管外壁上，所述感应线圈与石英管外壁呈一定倾斜角度θ，所述θ为70~85°。

2.如权利要求1所述的一种优质碳化硅单晶生长装置，其特征为，所述坩埚盖和坩埚体均为石墨材质。